Diese Dissertation befasst sich mit Beobachtungen von konvektiven Strömungen in der Sonne, und insbesondere mit den Auswirkungen der Rotation auf diese Strömungen auf der Längenskala von Supergranulation und größeren Skalen (>30 Mm). Die Rotation der Sonne verursacht durch die Corioliskraft Wirbelströmungen und bewirkt anisotrope Korrelationen der Geschwindigkeitskomponenten. Man nimmt an, dass diese Korrelationen die Dynamik der Sonne auf großen Längenskalen beeinflussen.
Um horizontale Strömungen zu messen, untersuchen wir photosphärische Aufnahmen der Doppler-Geschwindigkeit und der Kontinuumsintensität des ``Helioseismic and Magnetic Imagers'' (HMI) an Bord der Raumsonde ``Solar Dynamics Observatory'' (SDO) mit Hilfe der Methoden Time-Distance-Helioseismologie (TD) und Local Correlation Tracking (LCT) von Granulen. Im Rahmen der Time-Distance-Helioseismologie kann die lokale vertikale Vortizität gemessen werden, indem die Differenz von Wellenlaufzeiten entlang eines geschlossenen Weges ermittelt wird (Laufzeiten gegen den Uhrzeigersinn minus Laufzeiten im Uhrzeigersinn). Die Ergebnisse von TD und LCT stimmen bis zu den höchsten studierten Breitengraden (+/-60°) hervorragend überein, nachdem eine Korrektur für so genannte Center-to-Limb-Effekte angewandt wurde.
Nach dem Mitteln in Ost-West-Richtung messen wir abseits des Äquators eine schwache, aber signifikante Korrelation zwischen der horizontalen Komponente der Divergenz und der vertikalen Komponente der Vortizität von supergranularen Strömungen. Ein Vergleich der Messungen mit einem Modell für das Rauschen offenbart, dass die TD-Methode verwendet werden kann, um die vertikale Vortizität von Strömungen auf Längenskalen größer als 15 Mm zu messen. Damit können mit dieser Methode nicht nur Strömungen in Supergranulen, sondern auch in Riesenzellen gemessen werden. Wir stellen außerdem fest, dass das Signal in Messungen der vertikalen Vortizität mit Hilfe von Aufnahmen von SDO/HMI sehr viel leichter detektiert werden kann als mit Hilfe von früheren Aufnahmen.
Um den Einfluss der Sonnenrotation auf die Supergranulation im Detail zu studieren, kartieren wir die vertikale Vortizität der Strömungen in der durchschnittlichen Supergranule. Die durchschnittliche Supergranule wird konstruiert, indem Tausende von einzelnen Supergranulen in einem bestimmten Breitengradbereich durch räumliche Verschiebungen zur Deckung gebracht werden. Damit lösen wir zum ersten Mal die vertikale Vortizität in Aus- und Einströmungen räumlich auf. In nördlichen Breiten sind Ausströmungen im Mittel mit einer Zirkulation im Uhrzeigersinn verbunden. Das Signal verschwindet am Äquator und hat in südlichen Breiten das umgekehrte Vorzeichen. Aus- und Einströmungen besitzen eine vertikale Vortizität mit entgegengesetzten Vorzeichen, wie es von Vorhersagen erwartet wird, die sich auf die Corioliskraft stützen. Es wird offenbar, dass der Vortizitätspeak in der durchschnittlichen supergranularen Ausströmung vergleichsweise ausgedehnt und schwach ist (Halbwertsbreite von 13 Mm und Spitzenwert von 4 x 10^{-6}/s im Uhrzeigersinn bei 40° nördlicher Breite), verglichen mit der durchschnittlichen Einströmung (Halbwertsbreite von 8 Mm und Spitzenwert von 8 x 10^{-6}/s gegen den Uhrzeigersinn).
Darüberhinaus untersuchen wir mit SDO/HMI-Daten das Magnetfeld in den Einströmungen um die durchschnittliche Supergranule am Äquator herum. Die mittlere Stärke des Magnetfelds stellt sich als richtungsabhängig heraus: In westlicher Richtung (prograd) ist das Netzwerkfeld ungefähr 10% stärker als in östlicher Richtung. Dieses überraschende Ergebnis fügt dem Rätsel um die Supergranulation einen weiteren Aspekt hinzu. Ob ein Zusammenhang mit anderen bekannten Eigenschaften der Supergranulation besteht (beispielsweise zur Superrotation des supergranularen Strömungsmusters oder zu wellenartigen Eigenschaften), ist nicht geklärt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-goettingen.de/oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0023-962E-E |
| Date | 27 July 2015 |
| Creators | Langfellner, Jan |
| Contributors | Gizon, Laurent Prof. Dr. |
| Source Sets | Georg-August-Universität Göttingen |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | cumulativeThesis |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
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